ZJGKSY01-石油鉆機仿真模擬實訓系統(tǒng)
鉆井工程是利用機械設備將地層鉆成具有一定深度的圓柱形孔眼的工程，是石油開采的前期必備條件。這一過程主要用到的設備有鉆機、井控設備、固控設備、鉆桿、鉆鋌和鉆頭等。由于鉆井設備價格昂貴，且施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣，并具有很大的危險性，因而，除了生產(chǎn)專業(yè)人員，其他人員禁止接近和進入石油鉆井生產(chǎn)現(xiàn)場。
為了真實地顯現(xiàn)石油鉆井生產(chǎn)現(xiàn)場，對學生進行相關知識與技能的訓練，公司開發(fā)了鉆井工程仿真（虛擬）教學模擬實訓裝置。本模塊硬件條件主要由計算機仿真控制系統(tǒng)、3D鉆井作業(yè)場景動畫系統(tǒng)、按一定比例縮放的系列仿真教學設備、多媒體投影顯示系統(tǒng)、現(xiàn)場作業(yè)模擬音效系統(tǒng)等系統(tǒng)組成，可以完整地再現(xiàn)石油鉆井整個工藝操作流程，展現(xiàn)工作現(xiàn)場場景和工作氣氛，提高學生對鉆井作業(yè)現(xiàn)場的感性認識。
一、DQ70/4500DB鉆機系統(tǒng)裝置概述
DQ70/4500DB鉆機是為滿足油田7000米油、氣井勘探開發(fā)而研制的一種交流變頻電驅(qū)動鉆機；是用于石油天然氣鉆井的專業(yè)機械，是由多臺設備組成的一套聯(lián)合機組。主要包括動力系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、井控系統(tǒng)、輔助設備系統(tǒng)等。以鉆井工職業(yè)崗位需求為出發(fā)點，以職業(yè)能力培養(yǎng)為核心，以鉆井技術生產(chǎn)過程為導向，參照鉆井工職業(yè)資格標準，以鉆井井場設備為載體，以真實情境為依托，按照學員的認知實習規(guī)律安排學習內(nèi)容。
通過學習、觀摩、應用鉆機鉆井仿真模擬實訓系統(tǒng)；目的是讓學生熟悉鉆機系統(tǒng)構(gòu)成、工藝裝置及工作原理、設備結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)應用和基本操作，初步熟悉井場系統(tǒng)工藝特點，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際及解決實際問題的意識和能力，并為專業(yè)課程的學習及今后工作打下良好的基礎。實現(xiàn)對鉆機鉆井系統(tǒng)設備結(jié)構(gòu)功能的形象化教學；使學生不出校門就能感受鉆井井場工作環(huán)境、工作過程、鉆井工藝深入了解，達到現(xiàn)場實習的目的。
1、使學員了解石油鉆機工作原理；
2、使學員了解鉆井布局、工藝基本知識；
3、使學員了解井架（塔形、A形、K形、桅桿）類型及結(jié)構(gòu)；
4、使學員了解絞車、游動系統(tǒng)等起升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
5、使學員了解轉(zhuǎn)盤、頂驅(qū)或水龍頭等旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
6、使學員了解鉆井泵、高壓管匯、鉆井液處理等循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
7、使學員了解柴油機、電動機等動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
8、使學員了解機械、電動、液壓等傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
9、使學員了解電、氣、液控制管及控制閥門、司鉆控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
10、使學員了解鉆臺底座、機房底座系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
11、使學員了解油、水、氣及板房等鋪助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
12、使學員了解防噴器組、控制臺、控制管路等井控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
13、使學員了解鉆臺工具和井口機械自動化設備系統(tǒng)等設備結(jié)構(gòu)功能；
14、使學員掌握鉆機鉆井過程中設備的工藝流程操作與維護的基本知識；
15、使學員能夠利用所學理論和操作技能完成井場基本崗位操作與工作任務；
16、使學員具備處理鉆機系統(tǒng)常見問題的能力，為今后從事鉆機作業(yè)的工作打下基礎，具備井場作業(yè)工職業(yè)能力。
二、規(guī)格型號及配置：
1、型號規(guī)格：10000×7000×3000mm；
2、設備電源：
220V.50HZ,電流≤5A，燈泡負載電壓6-12V；具有接地保護、漏電保護功能，安全性符合相關的國家標準。采用高絕緣的安全型插座及帶絕緣護套的高強度安全型實驗導線。
3、主要材質(zhì)：
進口聚氨脂、玻璃鋼、鋼材、演示系統(tǒng)、語音系統(tǒng)；框架承臺采用角鋼焊接支撐；設備有機玻璃制作、內(nèi)部結(jié)構(gòu)透明可見，便于觀察了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。管線采用有機玻璃管線連接；工藝中燈光采用LED實現(xiàn)。本裝置采用電氣動態(tài)運轉(zhuǎn)、演示。設備之間連接管道用直徑Φ10-20mm有機玻璃管加工制作，內(nèi)加不同顏色LED流水燈演示生產(chǎn)過程；
4、中控中心：
（1）控制柜配置：
靜電噴塑工藝/機械鎖；I/O控制平臺；系統(tǒng)構(gòu)成: 開放式的控制平臺、人性化的中文操作界面、交互式的控制結(jié)構(gòu)；輸入端口:8路獨立可編程RS-232控制接口、8路數(shù)字I/0輸入；輸出端口: 20路獨立 發(fā)射口、20路數(shù)字I/0輸出口；電力輸入:110V-240V；電力輸出: 20路控制接口。
（2）電氣部分：
主要有電源模塊、按鈕模塊、可編程控制器（PLC）模塊、變頻器模塊、接線端子排等組成。所有的電氣元件均連接到接線端子排上，通過接線端子排連接到安全插孔，由安全接插孔連接到各個模塊。結(jié)構(gòu)為拼裝式，各個模塊均為通用模塊，可以互換，能完成不同的實訓項目。
（3）計算機：
1）英特爾®奔騰處理器G3240（3M緩存，3.1GHz）。2）主板：Inb H81或以上芯片。3）內(nèi)存4G DDRIII 1600MHz或以上。4）≥500GB SATA3 6Gb/s（7200轉(zhuǎn)）硬盤，帶有硬盤故障保護技術，提供故障前保修，硬盤數(shù)據(jù)保護技術，硬盤防震設計；5）原廠隔電防水鍵盤+光電鼠標。6）AMD Radeon HD 84702G128bit或同檔次其他型號三頭DVI+VGA+HDMI（可以支持最多3個輸出）顯卡。7）20寸LED寬屏液晶顯示器。
（4）投影儀：
1）標準亮度≥3300流明（ISO標準）；2）對比度≥10000：1；3）標準分辨率1024×768，最大分辨率：1920×1200，兼容16：10，16：9；4）幕布類型：電動幕；對角線：250英寸；幕布比例：4:3；幕布基材：軟幕；安裝方式：壁掛式。
（5）音箱：
1)頻率響應：68Hz - 20kHz(±3dB)；2)額定功率：150W；3)峰值功率：300W；4)額定阻抗：8Ω；5)靈敏度：93dB/w/m；6)最大聲壓級：121dB；7)組件：6″+1.4″Horn；8)輻射角度：60°H×40°V。
5、系統(tǒng)操作：
系統(tǒng)操作實現(xiàn)以教學功能為基礎，通過鉆井工藝操作流程為引導，結(jié)合實時操作，關鍵步驟規(guī)范要求問答選擇，工具、設備對應選擇操作來完成系統(tǒng)任務操作實訓；采用專業(yè)開發(fā)的“易控”軟件設置界面系統(tǒng)；完成鉆井工藝生產(chǎn)仿真運行等實訓。實現(xiàn)計算機操作與模擬設備操作一體、控制生產(chǎn)工藝；通過軟件控制操作完成，控制系統(tǒng)模擬生產(chǎn)操作，可分段顯示生產(chǎn)過程物料走向動態(tài)情況。設備軟硬結(jié)合且可虛實聯(lián)動，屬于智能化教學實訓裝備。
（1）控制設備的運轉(zhuǎn)、燈光演示功能；計算機生動豐富的多種界面表現(xiàn)形式；
（2）具有語音講解系統(tǒng)，同步描述鉆井工藝裝置的原理運行及設備功能；生產(chǎn)裝置的圖文、信息系統(tǒng)內(nèi)容的解說；
（3）鉆機井系統(tǒng)模擬裝置工藝運行過程演示；井場系統(tǒng)模塊化工藝運行過程演示；鉆井系統(tǒng)模擬裝置系統(tǒng)介紹；鉆井系統(tǒng)主體設備介紹。
三、設備技術參數(shù)：
鉆機井系統(tǒng)模擬實訓裝置根據(jù)鉆機設備生產(chǎn)設施設置、管路等配置工藝特點而完整系統(tǒng)制作的微型“鉆機井場布局“。裝置選用先進建筑材料和技術媒體，機械，電子與現(xiàn)代化手段相匹配；采用電動燈光、立體、透視、標識、色彩等現(xiàn)代化技術，使這一“微型井場”逼真、美觀且頗有動感，適應石油工程、鉆井工程有關的實驗認知教學，是現(xiàn)代專業(yè)的直觀教學設備之一。
1、井場控制系統(tǒng)由計算機站設備、操作面板及相關軟件構(gòu)成，軟件包括主控軟件和圖形軟件。主控軟件可以顯示鉆井的各項參數(shù)，如井深、懸重、絞車轉(zhuǎn)速、鉆壓、壓力、泵沖等參數(shù)；圖形軟件交互顯示各種鉆井作業(yè)，并動作同步。
2、設備以鋼材、工程硬塑材料為主，根據(jù)真實設備圖紙與實物資料，按其結(jié)構(gòu)等比例制作。各主要零部件采用組裝形式，滿足在實訓教學過程中學生可自己手動拆裝各設備，使學生更清楚的了解設備的結(jié)構(gòu)特點和結(jié)構(gòu)原理。
主要以電動動力，燈光、儀表、數(shù)控裝置等，通過智能化模塊控制，來模擬實現(xiàn)鉆井機械各系統(tǒng)設備的工作狀態(tài)、工作流程，工作原理，操作方法?？勺寣W生完成對設備工作系統(tǒng)進行的數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)認知，設備操作與使用的模擬實訓；全面地介紹了交流變頻鉆機的主機系統(tǒng)和配套系統(tǒng)，鉆機的基本工作原理和主要技術參數(shù)，鉆機的結(jié)構(gòu)、組成和工作性能特點等內(nèi)容，重點闡述了鉆臺區(qū)域設備系統(tǒng)，頂驅(qū)及其控制系統(tǒng)，鉆井泵及其鉆井液固控系統(tǒng)，井控系統(tǒng)，動力區(qū)域系統(tǒng)，電控系統(tǒng)六大鉆進機械系統(tǒng)的設備機構(gòu)特點，工作原理，操作方法。通過學習和實踐，可以了解交流變頻電驅(qū)動鉆機及配套設備的基本知識并掌握初步的鉆機使用技能。
3、鉆機井場景、安裝三維動畫演示：
采用Sparkle Interactive Designer 軟件設計開發(fā)，以Windows Vista操作系統(tǒng)中WinFX編程模型為基礎，開發(fā)出混合3D內(nèi)容、動畫、ASP、HTML和多媒體內(nèi)容、多格式文本、矢量圖；Sparkle 全方位的3D、動畫、加速顯示引擎，將矢量圖形、位圖、3D內(nèi)容、視頻、音頻和富文本合成，自由地混合在2D和其他元素之間，不同元素之間進行功能強大的可視化交互、操作演練交互。
（1）具有多種漫游功能：滿足鳥瞰、自動漫游、對系統(tǒng)三維場景進行多角度漫游的同時，對整個系統(tǒng)實景演示進行生動展示;
（2）工作區(qū)域內(nèi)主要設備的三維結(jié)構(gòu)、功能解說、工質(zhì)演示生動演示；系統(tǒng)將產(chǎn)品三維模型置入場景，通過受眾自主操控的互動方式，360度展示產(chǎn)品外觀；點擊設備能夠查看設備各種屬性和特點；
（3）模擬操作系統(tǒng)的主要控制回路可在仿真軟件系統(tǒng)條件下進行實際控制；模擬操作系統(tǒng)中，除主要流程外的部分，包括設備結(jié)構(gòu)，工藝原理等內(nèi)容采取計算機多媒體查詢與投影系統(tǒng)等手段進行詳細的補充展示，教學內(nèi)容相互對應。
4、實訓裝置展臺參數(shù)：
結(jié)構(gòu)主體承重部分臺座建筑結(jié)構(gòu)采用型鋼制作，保證的牢固耐用，用奧松板制作龍骨，底座高不低于100 mm，邊框不小于10 mm寬，采用國標2 mm以上不銹鋼包邊。
四、安裝、培訓：
鉆機仿真模擬實訓系統(tǒng)突破了單一井場設備教學模式，實現(xiàn)了鉆機系統(tǒng)裝置等全過程仿真模擬；動態(tài)演示，形象逼真，仿真性強，使人有身臨其境的感覺。具有很高的觀賞性，直觀性,實用性。使學生不出校門就掌握了井場實習所需掌握的大部分內(nèi)容，使學生在寶貴的工廠實習時間里，去真正實習生產(chǎn)、實習操作和控制，完成一個高起點、高效率的實習環(huán)節(jié)。
實訓裝置在教學實踐中的應用，不僅使學員對各設備的布局模塊、系統(tǒng)與實際應用、裝置的部件組成、實訓裝置的運行演示、實訓裝置的運行功能等進行初步了解，還可通過演示操作來加深學員對鉆井系統(tǒng)的認識。突出強化實踐教學在學生基本技能和創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用，建成特色鮮明，滿足培養(yǎng)創(chuàng)新型、應用型人才培養(yǎng)需要的實踐教學環(huán)境。充分保證學員高質(zhì)量“真刀真槍”的實際職能崗位動手技能訓練，實現(xiàn)與工程實踐的“零距離”接觸，訓練學員從事石油類項目的設計、制造、安裝、運行、維護及檢修的基本技能；達到“教、學、訓”一體化功能。
